重點營運車輛定位信息在路網運行狀態識別中的應用分析

2016-04-20 10:41:22殷浩

公路與汽運 2016年2期

殷浩

(江蘇省交通運輸廳公路局,江蘇南京 210004)

殷浩

(江蘇省交通運輸廳公路局,江蘇南京 210004)

摘要:交通運輸部《公路網運行監測與服務暫行技術要求》對于交通運行數據監測、指標體系和公路出行信息發布提出了明確要求,文中針對這一要求,在分析重點營運車輛(“兩客一危”車輛)運行特征的基礎上,通過設計數據清洗和計算方法、補充和調整判定閾值信息,探討了重點營運車輛實時衛星定位信息在公路網運行狀態識別中的應用,并在江蘇省公路網進行初步實踐,說明其應用效果。

關鍵詞:公路交通;重點營運車輛;衛星定位;公路網;運行狀態識別

交通運輸部于2012年下發《公路網運行監測與服務暫行技術要求》(下文簡稱《暫行技術要求》),用于指導和規范公路網運行監測與服務系統建設,保障全國干線公路網穩定運行,提高公路交通突發事件應急處置能力和公共服務水平。其中路段平均速度是一項重要指標,基于該指標可以定義路段擁擠度,并根據判定閾值,通過紅、橙、黃、藍、綠5種顏色表征實時的路網運行狀態。現階段大多數路網平均速度的獲取是通過布設各類車檢器進行采集,建設與運營維護成本較高,雖然現在全國已分階段開展建設,但在短時間內還難以全面覆蓋到位。

近幾年,隨著政府對重點營運車輛(“兩客一危”車輛,即從事旅游的包車、三類以上班線客車和運輸危險化學品、煙花爆竹、民用爆炸物品的道路專用車輛)監管的加強,這類車輛都安裝了GPS或北斗衛星定位設備,以將實時的位置與速度信息傳輸至交通監管部門。這類信息經過加工處理,是否可以參照城市內利用出租車分析路況的方法來彌補城市間路網運行監測設施布局不足的缺陷是值得研究的課題。該文通過分析“兩客一危”車輛的運行特征,將其作為浮動車加以利用,設計路段平均速度估計模型,并基于江蘇省公路網的運行實例,進一步優化路段運行狀態判定閾值,為路網運行狀態識別和分級提供參考依據。

1 重點營運車輛及其運行特征分析

由于“兩客一危”車輛一旦發生事故容易引發群死群傷等惡性重大事故,交通運輸主管部門將其列為重點監管車輛,強制要求其安裝北斗或GPS等衛星定位設備,將車輛定位信息實時上傳至交通運輸主管部門,以便對其行駛線路和速度統一監管。

目前,許多城市利用出租車的衛星定位信息來判斷市內交通狀況,但不能將“兩客一危”車輛簡單地作為普通浮動車加以利用,因為這類車輛與路網中行駛的普通車輛不同,具有車型結構單一、行駛時間受限及運行路線固定等特征。為探討如何利用其作為浮動車樣本來分析路網運行狀態,對其運行特征進行分析。

(1)車型結構單一。“兩客一危”車輛的組成主要為大型客車和大型貨車及少量中型客、貨車。由于車型結構較為單一,運行速度僅能代表大中型車輛的行駛速度,缺乏小型車輛行駛速度,運行速度較低,不能代表路段的平均車速。但正是這一特點,這類車輛速度可以表征當前路段運行的最低車速,如果最低車速已達到暢通或基本暢通水平,則認為當前路段運行是暢通的,而且利用公路部門交通量統計分析數據可推算出路網的正常運行車速。

(2)行駛時間受限。大部分“兩客一危”車輛行駛時間均在白天,根據國家要求,凌晨2—5點所有長途客運車輛和危險品車輛禁行,行駛時間段受限。如客運班線車輛一早由始發地前往目的地后,可能在下午較晚時才會啟程返回;危險品運輸車輛在完成單次運輸任務后則可能存在相當長時間的停駛整備時段。但“兩客一危”車輛行駛的時間正是路網運行的高峰時段,往往最容易出現擁堵緩行,此刻浮動車的樣本是最有價值的。

(3)運行線路固定。絕大多數長途行駛的“兩客一危”車輛都會有固定的行駛路線,部分車輛的行駛路線還需上報交通、安全監管部門報批備案。雖然行駛路線固定,但均是各省路網的主干線路,結合已建設的交通量調查站點、車檢器,能代表路網的總體運行情況,而且固定的行駛路線有利于技術處理時車輛信息與路線的匹配。

通過以上分析,發現將“兩客一危”車輛信息處理后,可以作為浮動車加以利用,而且可以反映路網的運行狀態,為行業管理與公眾出行服務。

2 利用“兩客一危”車輛信息的公路運行狀態識別方法設計

2.1 設計思路

根據《暫行技術要求》,路段平均速度是進行路段擁擠度(即路段運行暢通狀態)判別的唯一要素,所以將“兩客一危”車輛作為浮動車,利用其衛星定位數據(以下統稱GPS數據)來分析識別公路運行狀態應圍繞車輛行駛速度數據的采集、處理等過程展開。設計思路如圖1所示。

圖1 利用“兩客一危”車輛信息的公路運行狀態識別設計思路

2.2 數據清洗

除坐標偏移跳動、數據不完整或數據失真等常規數據錯誤或無效性清洗外,由于GPS數據量較大,針對“兩客一危”車輛運行特征,還需根據識別路段的具體位置對停駛車輛信息和區域外車輛信息進行清洗,以減輕后期數據分析和計算壓力。由于停駛車輛不僅對公路運行狀態識別無用,還容易造成道路擁堵誤判,首先應根據車輛上傳位置等信息開展停駛車輛信息清洗。一般只需將車速為零的信息剔除即可,以江蘇省“兩客一危”的實際數據為例,該部分數據占到上傳數據的大半。其次是運行車輛位置的清洗,由于研究目標是分析城際間國省干線公路的運行狀態,城市內行駛車輛對公路運行狀態識別無用,可根據管養邊界建立電子圍欄,清洗所有城市道路上行駛的車輛信息。若僅需對普通干線公路運行狀態進行識別,還需對高速公路上行駛車輛信息進行清洗。

2.3 車速計算

為了提高路段運行狀態的識別準確度,通過數據融合方法將某路段上所有GPS浮動車的單車區間速度結果融合為多車區間速度,然后利用該路段所有GPS浮動車的全部瞬時速度估計多車瞬時速度結果,最后把多車區間速度結果和多車瞬時速度結果融合得到路段的平均速度(如圖2所示)。

圖2 路段平均速度估計方法

其中單車數據計算方法如下:單一浮動車經過路段i時,并不是恰好在路段起終點回傳數據,而是在起終點間任意位置回傳數據。因此,計算單一浮動車在路段i上的平均速度的計算公式為:

2.4 閾值調整

2.4.1 閾值表的補充

《暫行技術要求》關于“公路網運行狀態監測與服務指標的測算”中對高速公路設計速度80、100、120 km/h和普通干線公路設計速度60或80、100 km/h的情況給出了運行狀態速度判定標準,但對其他設計速度沒有判定標準。可考慮使用前后閾值插值計算方式進行填補,并采用“滿2.5進5”的形式取整。對于設計速度70 km/h的普通干線公路,則考慮使用原“80 km/h或60 km/h”標準代替。利用上述方法對標準進行補充后的完整判定標準如表1所示。

表1 公路網不同等級路段運行狀態劃分標準　km/h

2.4.2 閾值表的調整

浮動車判定標準可通過在現有判定標準上乘以一個調整系數的方式確定。首先通過交通量調查的歷史統計數據分析得到初始調整系數,此后按照一定的時間根據實際調查或最新的統計數據匯總進行修正。通過對江蘇省現有交通量調查站點或路網車檢器歷史車速數據進行分析,求得干線公路中“兩客一危”車輛作為浮動車車型速度與平均車速的比值,進而得到初始調整系數(如表2所示)。